2020 Fiscal Year Annual Research Report
単一イオンチャネル分子／バイオ二次元物質ハイブリッド膜の機能解析と応用
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19H00846
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
平野 愛弓 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80339241)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
但木 大介 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (30794226)
馬 騰 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10734543)
山本 英明 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10552036)
小宮 麻希 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (00826274)
戸澤 譲 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90363267)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 単一イオンチャネル / バイオ二次元物質 / 脂質二分子膜 / 微細加工技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心筋のhERGチャネルに対する薬物副作用リスクをハイスループットに評価するためのhERGチャネルアレイの構築について検討した．プロトタイプとして，人工脂質二分子膜を16枚並列させ，この膜中へのhERGチャネルの包埋とチャネル電流記録を試みた．hERGチャネルの不活性化が速いという課題もあったが，ステップ電圧を繰り返し掃引するプロトコルを用いた結果，hERGチャネル電流を複数の膜から同時記録することに成功した（Micromachines, 2021）．一方，脂質二分子膜は，自己集合性やナノ薄膜性，超絶縁性を有する魅力的なナノ材料でもある．我々は，脂質二分子膜と適合しそうな疎水性ナノ材料の探索と膜中への包埋を試み，フラーレン誘導体のPCBMを脂質二分子膜にドープすることで光応答電流が誘起されることを見出した（Chem. Lett., 2021）．さらに，この膜へのゲートバイアスの導入を着想し，脂質二分子膜に従来の膜貫通電圧に加えて，膜に平行な電圧を印加できるトランジスタ様の膜系を構築した．その結果，PCBM含有膜の光応答電流や，電位依存性Naチャネルの電流応答が膜平行電圧によって増強される現象を見出し，論文発表した（Chem. Lett., 2021）．また，脂質二分子膜のデバイス化という観点での課題であった空気中での安定性の問題にも取り組み，脂質分子と銅フタロシアニン（CuPC）誘導体の混合溶液を水面上に展開することで，脂質－CuPC－脂質を単位層とした多層構造を容易に形成でき，その多層膜が空気中でも安定構造となることを見出した（J. Vis. Exp., 2020）．この他，イネカルス抽出液を用いた新しい無細胞翻訳系の構築や，脂質二分子膜の絶縁性がその信号伝達に重要な役割を担う培養神経細胞について，その回路構造を制御してネットワークを形成する手法の開発にも成功している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の重要課題であるhERGチャネルアレイの構築に成功し，論文発表に至っている．また，本年度の重点項目であった，電極内蔵型チップ系での脂質二分子膜の形成をイオンチャネルの包埋に成功し，膜貫通方向のイオンチャネル電流に対する膜平行電圧の効果を記録し，論文にて公表している．さらに，膜平行電圧の作用メカニズムを調べるための蛍光観察系の構築も達成しており，当初の予定通り，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度にその現象を報告した膜平行電圧による膜貫通方向の電流増強効果について，その発生メカニズムを検討する．特に，本年度に立ち上げた平面脂質二分子膜－蛍光観察系を用いて，膜平行電圧の効果について調べていくとともに，その応用可能性について検討を進めていく．
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[Journal Article] Selective Stimulation of a Target Neuron in Micropatterned Neuronal Circuits Using a Pair of Needle Electrodes2021
Author(s)
Kouhei HATTORI, Hekiru KURAKAKE, Junko IMAI, Takuya HASHIMOTO, Mihoko ISHIDA, Koki SATO, Honoka TAKAHASHI, Soichiro OGUMA, Hideaki YAMAMOTO, Ayumi HIRANO-IWATA, and Takashi TANII
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Journal Title
Electrochemistry
Volume: 89
Pages: 348-354
DOI
Peer Reviewed
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